Verwarmingscircuit met TIP122 werkt niet zoals verwacht

Dag allen!

Ik probeer een eenvoudig verwarmingscircuitje werkend te krijgen met een ESP32 en een TIP122.

Heb het schema uitgetest in verschillende simulatoren, en daar werkt het altijd prima. Echter... in de praktijk loopt het toch niet helemaal zo als het hoort.

De 8 ohm weerstand linksonder is een warmte-element. De bron rechtsboven met schakelaar stelt een uitgang van de ESP voor. De bron rechts onderaan vormt de voeding voor het warmte-element. Ik heb hier zowel 5V als 3.3V uitgetest.

In de simulaties krijg ik aan de collector (wanneer belast) nog 1.92V. Er loopt dan 240mA door de weerstand met 461mW vermogen tot gevolg. Dit is prima voor mijn toepassing. Echter, in de praktijk dipt de spanning aan de emitter tot 0.8V. De stroom is nihil en de geproduceerde warmte is niet merkbaar.

Ik vraag me af wat er hier misloopt. Is de TIP122 niet geschikt voor dit soort toepassing?
Iemand enig idee?

Het bizarre is dat ik recentelijk een zeer gelijkaardig circuit heb gemaakt. Voor zover ik me kan herinneren was deze ook met een TIP122, maar was de opstelling wel licht anders. Jammer genoeg heb ik er geen schema meer van, en de schakeling zelf... tja... die is ingegoten... daar kan ik dus ook niet meer gaan spieken.

Alvast bedankt!

Ik zou de emitter van de TIP122 rechtstreeks met massa verbinden. Dan zal de transistor een stuk beter schakelen. Het verwarmingselement (8 ohm weerstand) zou ik in de collectorleiding zetten (dus tussen collector en + van de voeding).

Daarnaast zou ik eerder geneigd zijn een FET te gebruiken, maar de TIP122 (NPN darlington, 100V 5A) zou ook gewoon moeten werken, mits de schakeling correct is uitgevoerd.

(in uw huidige schakeling loopt er een stroom door de 8-ohm weerstand, waardoor er een spanning ontwikkeld wordt. De emitter-spanning neemt hierdoor toe, waardoor de basis-emitter stroom daalt. Er stelt zich een evenwicht in. Dit, terwijl u juist wilt dat de transistor 'hard'/volledig schakelt. De transistor als schakelaar, en niet als versterker. Door de emitter aan massa te leggen, en de belasting in de collector-leiding op te nemen, werkt de transistor als schakelaar.)

Nogal wiedes, je begint met 3.3V bij de ESP32, en daar gaat ongeveer 1.4V vanaf voor de basis-emitter overgang (het is immers een darlington), en een beetje voor de spanningsval over de 1k weerstand, dan blijft er niet veel over.

Een NPN transistor aan de "bovenkant" is een emittervolger, en je ziet nu waarom dat niet handig is; je kunt nooit boven de spanning waarmee je de basis aanstuurt komen, en daar verlies je nog 1.4V van. Zet de transistor tussen de weerstand en de ground, dan heb je al die problemen niet.

Bedankt Nonius en Sparky! Dat houdt steek. Ik denk dat ik in het vorige exemplaar ook de weerstand tussen 5V en collector had gezet.

Ik heb de schakeling nu aangepast. Nu krijg ik 5V tussen emitter5V en massa collector wanneer hij niet belast is. Wanneer ik de weerstand aansluit dipt hij echter tot 0.2V? Er is dus nog iets niet helemaal juist?

Nu krijg ik 5V tussen emitter en massa wanneer hij niet belast is.

Daar klopt iets niet. Er werd toch (terecht, nmbm) aanbevolen om de emitter "hard" met de nul oftewel massa te verbinden? Dan kan er toch nooit geen vijf volt staan???

Overigens: het is veel te wit/zwart om te zeggen dat een TIP122 hier niet geschikt is, maar ik zou toch liever een MosFet zien, dat moet dan wel een "logic-level" type zijn. Bij 5 volt en 8 ohm gaat er minder dan 1 amp vloeien dus theoretisch zou een 2N7000/2N7002 moeten volstaan; iets ruimer is natuurlijk altijd beter.

[Bericht gewijzigd door Paulinha_B op (39%)]

Excuus Paulinha! Je hebt helemaal gelijk. Ik bedoelde 5V en collector. Daar staat de weerstand tussen. Ik heb het gecorrigeerd in bovenstaande post.

Mijn typefoutje heeft me wel in de juiste richting van de werkelijke fout gewezen. Heb blijkbaar één gaatje gemist op de gatenprint :)

Haha, goed zo! Het gaat allemaal nog lukken, ik voel het zo afkomen!

Ik wou dat ik je profetische voorspelling al kon waarmaken, maar helaas... :)

Het foutje is nu gecorrigeerd, maar het gedrag blijft min of meer hetzelfde: 5V onbelast, maar die 5V zakt heel snel in mekaar wanneer de weerstand aangeloten wordt =/

Nochtans blijft de voedingsspanning wel normaal.

Geef eens wat detail van de huidige toestand. Schema? Foto's?

Het schema ziet er op dit moment zo uit:

De weerstand zit dus tussen 5V en collector.

Het printje zelf is niet bepaald het soldeerwerkje waar ik het meest trots op ben... meermaals al moeten corrigeren, en het solderen loopt voor geen meter. Mijn bout staat nu op 500°C, en nog steeds wil het tin niet smelten... nooit koop ik nog loodvrij solduur... (Nieuw rolletje loodhoudend is nog onderweg...)

Het schema komt overeen met wat ik beschreef, en als de printplaat een getrouwe nabouw daarvan is zou het moeten werken.

Nu krijg ik 5V tussen 5V en collector wanneer hij niet belast is. Wanneer ik de weerstand aansluit dipt hij echter tot 0.2V? Er is dus nog iets niet helemaal juist?

U zegt dat 'de' spanning inzakt naar 0.2V wanneer u 'de' weerstand aansluit. Waar zakt de spanning in? Als u die 0.2V op de collector meet, dan lijkt de schakeling volgens mij gewoon goed te werken. De weerstand ziet in dat geval 5V-0.2V=4.8V; er wordt in de weerstand in dat geval een vermogen van P=U²R=4.8² * 8 = 2.9W ontwikkeld. U zou duidelijk moeten kunnen voelen dat de weerstand warm wordt.

Ik krijg het sterke gevoel dat de schakeling gewoon goed werkt. U zou evt. i.p.v. de weerstand ook een fietslampje (6V, .5W (achterlicht) of voorlicht (2.4W)) kunnen aansluiten in plaats van de weerstand, of parallel over de 8-ohm weerstand zetten, als visuele feedback. Als het lampje gewoon netjes brandt op (bijna) volle sterkte, dan werkt de schakeling gewoon goed.

[Paulinha_B] het is veel te wit/zwart om te zeggen dat een TIP122 hier niet geschikt is [...]

Dat zeggen zou niet te zwart/wit, maar onjuist zijn. Het is ook niet wat ik schreef.

[Edit: ah ok, ik dacht dat het een reactie op mijn opmerking was dat ik liever een FET zag. Misverstanden en kleine hoekjes....]

[Edit2: zelf voeg ik bij mijn schakelingen trouwens overdadig LEDjes toe, zodat ik direct kan zien wat er zich afspeelt in een schakeling: is er 5V aanwezig, is er ook 3.3V, wordt de verwarmingsweerstand aangestuurd, etc.; een les die ik in de harde praktijk geleerd heb en me veel zoekwerk bespaart (en het grijpen naar een DMM), ten koste van een klein beetje extra werk en onderdelen tijdens de constructie. In uw geval zou u bijvoorbeeld een rood LEDje, in serie met een weerstand van 1k, parallel over de verwarmingsweerstand kunnen zetten. Instant visual feedback over de werking van de schakeling! Voor wat het waard is.]

Dat schemaatje is wat ongelukkig getekend, maar ziet er toch wel correct uit. Spanningen meten, op diverse punten, bij "aan" en bij "uit"?

@nonius: het was de topicstarter die vroeg "Is de TIP122 niet geschikt voor dit soort toepassing?" en daarop probeerde ik te antwoorden.

Op zondag 13 oktober 2024 17:25:19 schreef Opifex:
Het foutje is nu gecorrigeerd, maar het gedrag blijft min of meer hetzelfde: 5V onbelast, maar die 5V zakt heel snel in mekaar wanneer de weerstand aangeloten wordt =/

Wat je niet verteld is of je nu de basis wel of niet hebt aangestuurd.

Een transistor kan voor een bepaalde basisstroom dat maximaal x keer versterken.

Dus stel
3,3V - 1,4V / 1000
Ib = 1,9mA
Hfe = 100x

Ic = Ib x 100 = 190mA.

Als je dan probeert om een grotere stroom dan die 190mA door de collector te laten lopen dan kan de tor dat niet en gaat dan een beetje dicht en dat zie je dus aan de spanning.

Van jouw tor is de Hfe veel groter. Maar ik vraag me af of de weerstand van de 1k of 8 ohm wel klopt. Meet het eens na. Of er zit ergens in de opbouw extra weerstand. Welke spanning meet je op de basis. Je kan ook de spanning over de 1k weerstand meten en dan uitreken wat Ib ongeveer is. Zo kan je veel manieren alles controleren maar een beetje kunnen rekenen is wel handig.

[Bericht gewijzigd door benleentje op (11%)]

Op zondag 13 oktober 2024 18:16:10 schreef nonius:

U zegt dat 'de' spanning inzakt naar 0.2V wanneer u 'de' weerstand aansluit. Waar zakt de spanning in? Als u die 0.2V op de collector meet, dan lijkt de schakeling volgens mij gewoon goed te werken. De weerstand ziet in dat geval 5V-0.2V=4.8V; er wordt in de weerstand in dat geval een vermogen van P=U²R=4.8² * 8 = 2.9W ontwikkeld. U zou duidelijk moeten kunnen voelen dat de weerstand warm wordt.

Ik meet de spanning over de weerstand. Deze is helemaal niet wat ze hoort te zijn. Ze worden ook niet warm.

Ik begin het donkerbruin vermoeden te hebben dat er een slecht contact zit tussen de vrouwelijke connector aan de warmteweerstand en de mannelijke connector op de print. Om de één of andere reden meet ik 36 ohm tussen die verbinding...? Dat lijkt me niet helemaal juist...

Ik heb geprobeerd een twee connector elders op de print te plaatsen, maar het is echt geen doen met dit solduur. Ik word er knettergek van. Ik ga het enkele dagen op pauze zetten tot ik terug een ander rolletje in huis heb.

Om de één of andere reden meet ik 36 ohm tussen die verbinding...?

Zo iets vermoede ik al.
36 ohm extra bij de 1k ohm zou geen probleem zijn maar het zit zeker voor de 8 ohm weerstand?
Gelukkig heb je dit nu gevonden door systematisch te werken en dat is weer ervaring voor een volgende keer.

Ik word er knettergek van.

Ik heb zo ook wel eens uren of dagen aan een slechte verbinding besteed en ook wel eens dingen helemaal opgegeven. En soms zit die extra weerstand op een plaats waar het geen kwaad kan en dan werkt dus half en dan steek je dat draadje met slecht contact om en dan werkt het niet meer.

Een TIP122 is hier geen geschikte keuze.
Met een darlington zit je met een Vbe van 1,4V en een Vcesat van 1,1V
Met onderstaande is de belasting voor de esp ook maar 2mA,
heb je veeel minder dissipatie in de transistoren,
zelfs een hfe van 2000 ipv de 1000 bij de TIP,
niks dan voordelen tov een darlington

Sziklaipaartje, ja dat kan ook. Maar daar zat het probleem dus niet.
"geen geschikte keuze" is overigens ietwat zwaar uitgedrukt, het kan best wel werken met die TIP122, mits goede connecties :) Sziklai is een stap vooruit, maar @nonius en ik suggereerden reeds een MosFet, niks dan voordelen tov een Sziklaipaar ;)

[Bericht gewijzigd door Paulinha_B op (65%)]

Zonder voortrap krijg je een logic level mosfet hier ook niet open met 3,3V stuurspanning.
Maar ik zou ook een mosfet kiezen...

Jawel hoor, als je de juiste MOSFET kiest. Er zijn types die met 3.3v op de gate goed open zijn.

Op zondag 13 oktober 2024 17:55:36 schreef Opifex:
Mijn bout staat nu op 500°C, en nog steeds wil het tin niet smelten... nooit koop ik nog loodvrij solduur... (Nieuw rolletje loodhoudend is nog onderweg...)

Ik zie anders gesmolten tin op de foto, ik vermoed dat het vloeien het probleem is. Als het tin zonder vloeimiddel betreft is dit het resultaat. Nu zonder dollen: waar komt het tin vandaan? Het ene loodvrije tin is het andere niet en zeker als het tin van Aliexpress of Amazon komt kan het alle kanten op met de 'kwaliteit'.
Bij een bout die tot 500 graden verwarmen kan zet ik overigens ook enige vraagtekens, ik ken geen enkele bout van een gerenommeerd merk die zo hoog kan (of dat nu werkelijk of slechts volgens de opdruk op de behuizing is)

Volgens mij wordt er in bouwmarkten ook het nodige tin verkocht zonder vloeimiddel, omdat het in hoofdzaak bedoeld is voor het solderen van waterleidingen, waar met los vloeimiddel gewerkt wordt.

Let op dat slecht soldeertin en de daar aan ten grondslag liggende slechte verbindingen ook voor overgangsweerstanden kunnen zorgen.

[Bericht gewijzigd door weardguy op (11%)]

Op zondag 13 oktober 2024 23:30:48 schreef OXO:...heb je veeel minder dissipatie in de transistoren,...

met veel dissipatie kun je de tor zelf ook als verwarming gebruiken? Net zo gemakkelijk.

(een vraag, niet gehinderd door enige kennis)

Op maandag 14 oktober 2024 00:34:57 schreef OXO:
Zonder voortrap krijg je een logic level mosfet hier ook niet open met 3,3V stuurspanning.

AO3400 : Max Rds(on) van 52mΩ bij Vgs = 2.5V.
Gate thresshold 1.1V

Op zondag 13 oktober 2024 22:41:09 schreef benleentje:
[...]Zo iets vermoede ik al.
36 ohm extra bij de 1k ohm zou geen probleem zijn maar het zit zeker voor de 8 ohm weerstand?

Daar leek het toch op, ja.

Ik heb zo ook wel eens uren of dagen aan een slechte verbinding besteed en ook wel eens dingen helemaal opgegeven. En soms zit die extra weerstand op een plaats waar het geen kwaad kan en dan werkt dus half en dan steek je dat draadje met slecht contact om en dan werkt het niet meer.

In dit geval was het het solduur dat me knettergek maakte. Dat liep voor geen meter.

Op maandag 14 oktober 2024 10:57:05 schreef weardguy:
[...]
Ik zie anders gesmolten tin op de foto, ik vermoed dat het vloeien het probleem is. Als het tin zonder vloeimiddel betreft is dit het resultaat.

Dat gesmolten tin was met zeeeer veel moeite. Zelfs al drukte ik m'n tin tegen de bout aan, het wou niet smelten. En wanneer het dan uiteindelijk toch smelte, liep het meteen van de bout af om binnen een fractie van een seconde weer gestold te zijn.
Heb intussen een goedkoop rolletje loodhoudend solduur toegekregen, en hiermee lukt het weer prima. Eindelijk!

Nu zonder dollen: waar komt het tin vandaan? Het ene loodvrije tin is het andere niet en zeker als het tin van Aliexpress of Amazon komt kan het alle kanten op met de 'kwaliteit'.

Deze kwam van de Makro als ik het me goed herinner. Het merk is Elektroniklot volgens mij.

Bij een bout die tot 500 graden verwarmen kan zet ik overigens ook enige vraagtekens, ik ken geen enkele bout van een gerenommeerd merk die zo hoog kan (of dat nu werkelijk of slechts volgens de opdruk op de behuizing is)

Zelfs al haalt ie maar 400°C.. dat zou ruim voldoende moeten zijn om degelijk te solderen. In tussen werkt het prima met het nieuwe rolletje! :)

Anyways, intussen heb ik de nieuwe connector gesoldeerd. Jammergenoeg niet het gewenste resultaat. Ik blijf een grote spanningsdip zien... Onbelast 5V, belast zie ik eerst een sterk fluctuerende spanning, die na 10 seconden op 1.2V blijft hangen. Deze stijgt beetje bij beetje tot 1.4V (na een verloop van ongeveer een minuut). Geen idee hoe dit te verklaren valt. Maar ik vrees dat ik dit printje gewoon helemaal heb verknald door het geknoei met de slechte solduur. Mogelijks is er ergens een halve sluiting door de slordige verbindingen. Opnieuw beginnen is de enige oplossing vrees ik...

Misschien moet ik bij de volgende poging maar eens gelijk jullie suggesties proberen. Bvb. door een MOSFET te gebruiken, of dat "sziklaipaartje". Eerste keer dat ik van die laatste hoor.

Suggesties qua type? Dan kan ik gaan bestellen :)

Wat context: de verwarmingsweerstand zal gewoonlijk tussen de 5 en de 15 Ohm liggen. De te verwarmen temperatuur ligt tussen de 25 en de 40°C. Idealiter hoeft ik geen koelvin te monteren op de FET/transistor, maar het is geen ramp als dat wel nodig is.
De verwarming zal d.m.v. een PID met een PWM signaal geregeld worden.

Op dit moment maak ik een prototype op een gatenprint, maar hopelijk komt er uiteindelijk een versie uit die goed genoeg werkt om er PCB's voor te laten produceren.

Sziklaipaar is wat wordt getoond in het schetsje van @OXO, dat trouwens erg netjes en correct lijkt. Ook de daarin vermelde transistortypes zullen het best doen, denk ik, zolang de belasting zuiver ohms is.
Voor een MosFet kun je bv. de AO3400 overwegen, zoals gesuggereerd door @deKees.

[Bericht gewijzigd door Paulinha_B op (17%)]

Oké, voor die Sziklai heb ik de onderdelen nog wel in voorraad denk ik. Lijkt me een leuk experimentje!

Maar ik bestel alvast wat MOSFETs die geschikt zijn. Die AO3400 lijkt me een goeie, maar die is enkel beschikbaar in SMD variant zie ik. Ik had het liefst toch een THT component gebruikt. Maakt het wat makkelijker om mee te experimenteren. Ook op een breadboard :)

Ik heb nu deze in mijn winkelmandje liggen:
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-IRFP260N-DataSheet-v01_01-EN.pd…
https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/68164/IRF/IRF5210.html

Deze werken ook wel lijkt me? Als ik het goed heb zouden ze zelfs een iets grotere versterkingsfactor hebben dan de de A03400. Klopt dit? Of zie ik iets over het hoofd?